CN111846840B - 一种皮带设备运行全生命周期监控系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮带设备运行全生命周期监控系统与方法，包括设备监控单元，还包括：视频监控单元，设置于皮带设备上方，视频拍摄范围涵盖皮带设备以及警戒区域；照明灯组，由若干固定角度的照明灯组成，设置于皮带设备所在区域的上部空间；行为警示单元，运行识别模型，识别视频中人员面部，分析人员运动轨迹，结合设备监控单元的数据确定风险等级；云服务器，对原始视频数据进行存储，定期性使用云端数据对识别模型进行训练，并将新的模型更新到行为警示单元；预警单元，根据行为警示单元报告的风险等级进行声光预警。通过对设备运行状态以及人员的运动轨迹的共同监控，实现对皮带设备的全方位、全生命周期立体监控，显著提高预警能力。

Description

一种皮带设备运行全生命周期监控系统与方法

技术领域

本发明涉及输送设备故障监控领域，特别涉及一种皮带设备运行全生命周期监控系统与方法。

背景技术

皮带机是输送原料矿石的关键设备，是连接各段工艺，供给补充原料的“血管”。皮带输送装置在矿石的挖掘、生产、转运以及加工过程中广泛使用，具有运输量大、工作环境复杂、承载能力强、运输距离长等工作特点。发生输送带打滑、跑偏、断裂事故会给企业生产和成本造成大量损失。在检修准备和检修过程中的细小疏忽都有可能对作业人员的安全造成严重威胁。此外，皮带机上下游的给料漏斗发生堵塞等状况时也会影响皮带机工作，严重时会造成非正常停机。

但现有技术将监测重点放在了皮带机本身，缺少对于附近工作人员的监控，同样也缺少对工作人员行为与风险之间关系的评估，导致安全性较差，如授权公告号CN104670840B的发明公开了一种散装物料输送带运行监测装置。控制器内装有中心软件，中心软件将运行信息程序输送给监测控制器，而监测装置产生的角度信号分别以标准值进行比较，形成角度信号一、二和三，角度信号输送给监测控制器，经过智能判断比较，产生停机信号，通过监测控制器将停机信号发送给皮带机控制系统的PLC控制器中，驱使皮带机停止运行。该装置可对安装监测装置的输送机数据无线联网，监测各输送机的运行情况。监测输送带出现的故障，减少财产损失。

因此，除了监测皮带本体运行的安全风险之外，监控系统还需将皮带机工作空间中的人员行为安全和关联设备运行安全一道纳入风险控制闭环。以实现对皮带设备的全方位、全生命周期立体监控。

发明内容

针对现有技术不能结合设备和人员状况进行监控的问题，本发明提供了一种皮带设备运行全生命周期监控系统与方法，通过对设备运行状态以及人员的运动轨迹的共同监控，实现对皮带设备的全方位、全生命周期立体监控，显著提高预警能力。

以下是本发明的技术方案。

一种皮带设备运行全生命周期监控系统，包括设备监控单元，还包括：视频监控单元，设置于皮带设备上方，视频拍摄范围涵盖皮带设备以及警戒区域；照明灯组，由若干固定角度的照明灯组成，设置于皮带设备所在区域的上部空间；行为警示单元，运行识别模型，识别视频中人员面部，并分析人员运动轨迹，结合设备监控单元的数据确定风险等级；云服务器，对原始视频数据进行存储，定期性使用云端数据对识别模型进行训练，并将新的模型更新到行为警示单元；预警单元，根据行为警示单元报告的风险等级进行声光预警。利用设备监控、视频监控以及图像处理等方式，依靠机器视觉识别皮带异常、人员身份异常、人员行为异常、安全周界侵入、漏斗堵料等多种异常场景。通过扩大监控系统风险感知的层次和范围，来提高监控系统风险识别的能力。

作为优选，所述视频监控单元包括设备摄像头、周边摄像头以及凸反射镜，所述凸反射镜设置于皮带设备上方并与地面呈一定夹角，设备摄像头设置于皮带设备有进料口的一侧，设备摄像头拍摄凸反射镜内进料口以及皮带的影像，所述周边摄像头设置在皮带设备所在区域的上方，拍摄地面。设备摄像头与凸反射镜配合，可以使得设备摄像头在较小的视野范围内拍摄到更多的设备部位，减少摄像头的部署。

作为优选，所述设备监控单元包括跑偏传感器、打滑传感器、撕裂传感器以及温度传感器。用于实现皮带常规故障检测。

作为优选，所述行为警示单元包括人脸识别模块以及运动轨迹分析模块，所述人脸识别模块识别人员的面部，所述运动轨迹分析模块保存有正常人工巡检时巡检人员影子的运动轨迹，当皮带设备的实时运行状况和人员行为状况的任一方面发生异常时产生风险等级，其中皮带设备的实时运行状况根据设备监控单元的数据判断。行为警示单元根据识别模型进行识别和分析，以边缘计算的形式单独组网，杜绝网络安全问题，同时将数据传输到云端进行训练，提高适应能力。

由于人的服装各异，识别难度大，直接识别人员本体会占用大量的运算空间，而在光照角度固定时，影子具备人类的轮廓特征却没有复杂颜色，同时皮带设备运行场所不同于仓库，人员不会因为时常搬运物件导致影子失态，因此影子是非常理想的识别目标。正常情况下，设备数据正常且人员轨迹正常，则不产生风险等级，当至少一方异常则产生风险等级；如设备参数获取有误导致显示正常，但工作人员发现异常后进行应急响应，或设备异常但人员未发现，或设备异常且人员同时发现并应急响应，均产生风险等级。应急响应的措施、风险等级等均根据具体标准自行确定，不影响技术方案的实施。其中影子的运动轨迹作为判断人员移动过程的依据。

本发明还提供了一种皮带设备运行全生命周期监控方法，用于上述的一种皮带设备运行全生命周期监控系统，包括以下步骤：S01：获取皮带设备的实时运行参数数据以及皮带设备周边的视频数据；S02：根据历史运行参数数据与实时数据的对比，判断设备运行状况，同时根据人脸识别结果以及视频中的影子运动轨迹判断人员处于正常行为还是异常行为，如设备和人员均被判断为正常，则不设风险等级并继续实时判断，如设备和人员中至少有一项被判断为不正常则进行下一步；S03：如人员被判断为异常，不论设备状态是否正常，均根据人员异常行为调整对应的风险等级，如人员被判断为正常行为，但设备被判断为异常，则根据设备的异常调整风险等级；S04：根据风险等级进行对应的声光预警，如当前无风险等级则无动作。

作为优选，所述影子运动轨迹判断时，根据图像中的颜色亮度区别出影子与实物，再根据影子的长宽比区别人员影子与其他物品的影子。由于物质的反光作用，影子不会是纯黑，因此根据实际场所的亮度进行设置，同时影子的长宽比根据照明设备的角度确定。均不影响方案的实施。

本发明的实质性效果包括：采用计算机视觉技术，对现场视频信号进行处理，能够发现基于现场仪表测量的传统方法难以发现的安全事件和风险因素；由于运算量小，用于图像处理的设备可以单独组网，能够从本质上消除设备监测系统运行中带来的网络、信息安全隐患，也可以通过云端存储海量原始数据，有效降低硬件和人力投入。

附图说明

图1是本发明实施例的皮带设备示意图；

图2是本发明实施例的识别场景示意图；

图中包括：1-皮带设备、2-设备摄像头、3-凸反射镜、4-照明灯、5-影子。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本申请的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例：

一种皮带设备运行全生命周期监控系统，如图1以及图2所示，包括设备监控单元，还包括：视频监控单元，设置于皮带设备1上方，视频拍摄范围涵盖皮带设备1以及警戒区域；照明灯组，由若干固定角度的照明灯4组成，设置于皮带设备1所在区域的上部空间；行为警示单元，运行识别模型，识别视频中人员面部，并分析运动轨迹，结合设备监控单元的数据确定风险等级；云服务器，对原始视频数据进行存储，定期性使用云端数据对识别模型进行训练，并将新的模型更新到行为警示单元；预警单元，根据行为警示单元报告的风险等级进行声光预警。利用设备监控、视频监控以及图像处理等方式，依靠机器视觉识别皮带异常、人员身份异常、人员行为异常、安全周界侵入、漏斗堵料等多种异常场景。通过扩大监控系统风险感知的层次和范围，来提高监控系统风险识别的能力。

视频监控单元包括如图1所示的设备摄像头2、周边摄像头（未画出）以及凸反射镜3，凸反射镜3设置于皮带设备1上方并与地面呈一定夹角，设备摄像头2设置于皮带设备1有进料口的一侧，设备摄像头2拍摄凸反射镜3内进料口以及皮带的影像，周边摄像头设置在皮带设备1所在区域的上方，拍摄地面。设备摄像头2与凸反射镜3配合，可以使得设备摄像头2在较小的视野范围内拍摄到更多的设备部位，减少摄像头的部署。其中凸反射镜3的长度和角度根据实际情况确定，不影响实施，另外其曲面弧度是横向的，用于使设备摄像头2可以拍摄到两侧更广的范围。

其中设备监控单元包括跑偏传感器、打滑传感器、撕裂传感器以及温度传感器。用于实现皮带常规故障检测。

行为警示单元包括人脸识别模块以及运动轨迹分析模块，人脸识别模块识别人员的面部，运动轨迹分析模块保存有正常人工巡检时巡检人员影子5的运动轨迹，当皮带设备1的实时运行状况和人员行为状况的任一方面发生异常时产生风险等级，其中皮带设备1的实时运行状况根据设备监控单元的数据判断。行为警示单元根据识别模型进行识别和分析，以边缘计算的形式单独组网，杜绝网络安全问题，同时将数据传输到云端进行训练，提高适应能力。

由于人的服装各异，识别难度大，直接识别人员本体会占用大量的运算空间，而在光照角度固定时，影子5具备人类的轮廓特征却没有复杂颜色，同时皮带设备1的运行场所不同于仓库，人员不会因为时常搬运物件导致影子5失态，因此影子5是非常理想的识别目标。正常情况下，设备数据正常且人员轨迹正常，则不产生风险等级，当至少一方异常则产生风险等级；如设备参数获取有误导致显示正常，但工作人员发现异常后进行应急响应，或设备异常但人员未发现，或设备异常且人员同时发现并应急响应，均产生风险等级。应急响应的措施、风险等级等均根据具体标准自行确定，不影响技术方案的实施。其中影子5的运动轨迹作为判断人员移动过程的依据。

本实施例还提供了一种皮带设备运行全生命周期监控方法，用于上述的一种皮带设备运行全生命周期监控系统，包括以下步骤：S01：获取皮带设备1的实时运行参数数据以及皮带设备1周边的视频数据；S02：根据历史运行参数数据与实时数据的对比，判断设备运行状况，同时根据人脸识别结果以及视频中的影子5运动轨迹判断人员处于正常行为还是异常行为，如设备和人员均被判断为正常，则不设风险等级并继续实时判断，如设备和人员中至少有一项被判断为不正常则进行下一步；S03：如人员被判断为异常，不论设备被判断为是否正常，均根据人员异常行为调整对应的风险等级，如人员被判断为正常行为，但设备被判断为异常，则根据设备的异常调整风险等级；S04：根据风险等级进行对应的声光预警，如当前无风险等级则无动作。

影子5运动轨迹判断时，根据图像中的颜色亮度区别出影子5与实物，再根据影子5的长宽比区别人员影子5与其他物品的影子5。由于物质的反光作用，影子5不会是纯黑，因此根据实际场所的亮度进行设置，同时影子5的长宽比根据照明设备的角度确定。均不影响方案的实施。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种皮带设备运行全生命周期监控系统，包括设备监控单元，其特征在于，还包括：

视频监控单元，设置于皮带设备上方，视频拍摄范围涵盖皮带设备以及警戒区域；

照明灯组，由若干固定角度的照明灯组成，设置于皮带设备所在区域的上部空间；

行为警示单元，运行识别模型，识别视频中人员面部，并分析人员运动轨迹，结合设备监控单元的数据确定风险等级；

云服务器，对原始视频数据进行存储，定期性使用云端数据对识别模型进行训练，并将新的模型更新到行为警示单元；

预警单元，根据行为警示单元报告的风险等级进行声光预警；

所述行为警示单元包括人脸识别模块以及运动轨迹分析模块，所述人脸识别模块识别人员的面部，所述运动轨迹分析模块保存有正常人工巡检时巡检人员影子的运动轨迹，当皮带设备的实时运行状况和人员行为状况的任一方面发生异常时产生风险等级，其中皮带设备的实时运行状况根据设备监控单元的数据判断；

所述视频监控单元包括设备摄像头、周边摄像头以及凸反射镜，所述凸反射镜设置于皮带设备上方并与地面呈一定夹角，设备摄像头设置于皮带设备有进料口的一侧，设备摄像头拍摄凸反射镜内进料口以及皮带的影像，所述周边摄像头设置在皮带设备所在区域的上方，拍摄地面。

2.根据权利要求1所述的一种皮带设备运行全生命周期监控系统，其特征在于，所述设备监控单元包括跑偏传感器、打滑传感器、撕裂传感器以及温度传感器。

3.一种皮带设备运行全生命周期监控方法，用于权利要求1所述的一种皮带设备运行全生命周期监控系统，其特征在于，包括以下步骤：

S01：获取皮带设备的实时运行参数数据以及皮带设备周边的视频数据；

S02：根据历史运行参数数据与实时数据的对比，判断设备运行状况，同时根据人脸识别结果以及视频中的影子运动轨迹判断人员处于正常行为还是异常行为，如设备和人员均被判断为正常，则不设风险等级并继续实时判断，如设备和人员中至少有一项被判断为不正常则进行下一步；

S03：如人员被判断为异常，不论设备状态是否正常，均根据人员异常行为调整对应的风险等级，如人员被判断为正常行为，但设备被判断为异常，则根据设备的异常调整风险等级；

S04：根据风险等级进行对应的声光预警，如当前无风险等级则无动作。

4.根据权利要求3所述的一种皮带设备运行全生命周期监控方法，其特征在于，所述影子运动轨迹判断时，根据图像中的颜色亮度区别出影子与实物，再根据影子的长宽比区别人员影子与其他物品的影子。

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